Airbus успішно замінив оригінальну кільцеву раму з алюмінієвого сплаву вертольота H135 на полімер з вуглецевого волокна (CFRP) в якості сировини, використовуючи багатокомпонентну комбіновану форму і одноразовий процес заливки.
Як екстрена медична служба / вертоліт повітряної швидкої допомоги, легкий двомоторний вертоліт Airbus H135 став вертольотом з найнижчою вартістю експлуатації та обслуговування серед аналогічних продуктів Airbus через його високу надійність, багатофункціональні та цінові переваги. В даний час більше 1350 H135 знаходяться на озброєнні в більш ніж 60 країнах або регіонах, надаючи послуги більш ніж 300 операторам. Однак зі збільшенням часу польоту H135 відповідні регулярні дані про експлуатацію та технічне обслуговування показують, що кільцева рама з алюмінієвого сплаву, що з'єднує хвостову балку CFRP та щит хвостового ротора CFRP, схильна до втоми та корозії, що безпосередньо призводить до збільшення витрат на експлуатацію та технічне обслуговування. Щоб знизити вартість і забезпечити безпеку кузова, Airbus приступив до вивчення нової схеми проектування процесу корозії і втоми кільцевої рами.
Airbus вперше розглянув схему, засновану на титановому сплаві, але процес обробки і схема обробки і сировини з титанового сплаву коштують дорожче, ніж алюмінієва схема. Таким чином, міждисциплінарна команда R & D розробила нову схему проектування на основі CFRP за допомогою prepreg, вакуумної допомоги перфузії (VAP) і смоли передачі формування (RTM) процесів. Після розрахунку вага нової схеми знижується на 25% в порівнянні з алюмінієвою схемою, а вартість знижується на 50% в порівнянні зі схемою титанового сплаву, що значно знижує витрати на виявлення і обслуговування.
Інженери не можуть змінити існуючу конструкцію хвостової балки і хвостового гвинтового щита, а кільцева рама є основною конструкцією, що з'єднує хвостову балку і щит хвостового ротора. Тому кільцева рама CFRP повинна мати таку ж поверхню з'єднання і геометричні розміри, що і оригінальна алюмінієва рама, що значно обмежує свободу схеми проектування. Завдяки зв'язку та оцінці інженерна команда та інженери з проектування, стресу та виробництва, нарешті, визначають використання стандартних матеріалів специфікації, які широко використовуються у фактичному виробництві, щоб мінімізувати вартість R & D та подальших витрат на виробництво партій. Серед них вуглецеве волокно g0986 twill американської компанії Hexcel, що використовується в новій схемі, широко використовується при заливному формуванні інших вертолітних проектів Airbus; Смола для заливки є одним з компонентів епоксидної смоли RTM6 компанії Hatch, яка вже пройшла сертифікацію смоли і RTM вертолітної компанії Airbus.
Через крайню нерозгорюваність геометрії кільцевої рами інженери розробили додаткові розрізи та вирізи в преформі, щоб уникнути зморшок під час формування. Згодом інженери перевірили міцність стиснення внутрішнього фланця, перевірили здатність розгортання кільцевої рами CFRP і інтерфейс між кільцевою рамою CFRP і непристосованою полімерною поривчастою пластиною за допомогою статичних і динамічних випробувань на розрив. Результати випробувань показують, що нова конструкція кільцевої рами CFRP дуже надійна і може безпечно впоратися з очікуваним навантаженням.
Для заливки смоли інженерна команда розробила чотири преформи, як показано на малюнку нижче. Серед них преформа No3 включає дві частини А і В; Преформа No 4 - це не армована полімерна гусенітна пластина для забезпечення з'єднання т-зони.
Для чотирьох преформ інженерна команда розробила відповідні спеціальні інструменти, а потім зібрала всі преформи і кільцеві пластини з поривом разом в остаточний інструмент затвердіння. Остаточні повні інструменти для затвердіння виготовлені з алюмінієвого сплаву, включаючи сині інструменти, закріплені на сірій базовій пластині, зелені кільцеві інструменти, зрощені кількома частинами, а також помаранчеві та жовті верхні кільцеві інструменти. Мета конструкції багатокомпонентного зрощування оснащення полягає в тому, щоб запобігти силі усадки, викликаної охолодженням інструменту під час затвердіння та охолодження.
Після завершення збірки ламінатів і оснащення інженерна команда використовує найбільш типову і економічно ефективну схему процесу VAP для заливки смоли. Після затвердіння, охолодження і знесення ступенів команда проводить оздоблювальну обробку по краях деталей, а потім проводить високоточне свердління для подальших клепок. Для того, щоб забезпечити точність з'єднання між кільцевою рамою і хвостовим балкою і хвостовим щитом ротора, конструктивна допуск з'єднання повинна контролюватися в межах±0,4 мм. Результати аналізу кінцевих елементів показують, що результати проектування штампів нової схеми є «одноразовим успіхом» і можуть відповідати вимогам толерантності.
Новий дизайн кільцевої рами CFRP був завершений близько року тому, але знадобилося багато часу, щоб перейти від алюмінієвого сплаву до композитного матеріалу. Компанія повинна розглянути багато проблем, таких як раціональність проектування, перевірка і підтвердження технологічних кроків, стабільність масового виробництва і так далі. Крім того, дуже важлива і підготовка персоналу до нового процесу. Необхідно забезпечити, щоб інженерний персонал в кожній ланці був готовий адаптуватися до нової схеми проектування. Airbus вважає, що перетворення виробництва кільцевих рам з процесу алюмінієвого сплаву в процес CFRP - це не тільки проста модифікація існуючих деталей, але і технологічна зміна в вертолітному відділі Airbus; Серед них найскладніша робота - не задоволення вимог геометричної допуску, а успішна розробка преформ.
В даний час всі нові вертольоти H135 оснащені новими кільцевими рамами CFRP. Завдяки відмінній корозійній стійкості і стійкості до втоми нової кільцевої рами CFRP, Airbus знизив вагу продукту приблизно на 0,5 кг, значно поліпшив показники безпеки і скоротив час виявлення і вартість.
